Concevoir des protocoles exp

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Concevoir des protocoles expérimentaux à
distance Quelle valeur ajoutée ? Quelles
difficultés ?

• Patricia Marzin et Muriel Ney
• Laboratoire dInformatique de Grenoble Equipe
  MeTAH (Modèles et Technologies pour
  lApprentissage Humain)
• Claire Wajeman, Isabelle Girault, Cédric DHam
• Clément Maisch, François NZiengue, Tinh Ha
  Truong, Gwendaël Chapel

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Plan

1. Un scénario dusage
2. Questions et objectifs de recherche
3. Un exemple TP bac SVT
4. Un EIAH COPEX

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Un scénario dusage
4
1. Un scénario dusage

• Un élève de terminale prépare son bac à Canton
  (Chine).
• Pour préparer les épreuves de TP de
  physique-chimie et SVT, il va utiliser le
  logiciel COPEX

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1. Un scénario dusage
Sujet 24 (Banque 2008) Sujet Dosage du colorant
E124
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1. Un scénario dusage
CoPEX
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1. Un scénario dusage
CoPEX
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1. Un scénario dusage
CoPEX
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2. Recherche
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Le protocole au coeur de la démarche expérimentale
Définir le probleme
Poser des hypothèses
Concevoir le protocole
Laboratoire
Réaliser l'expérience
Rapport
Conclure
Traiter les données/résultats
Interpréter les résultats
Modèles Théories
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Protocole expérimental définitions

• Les instructions écrites que l'on prépare pour
  celui/celle qui va refaire l'expérience

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Protocole expérimental définitions

• Liste ordonnée de tâches expérimentales
  (éventuellement conditionnelles) dont lobjectif
  est de déterminer des valeurs spécifiques en
  relation avec les hypothèses scientifiques qui
  sous-tendent le protocole. Chaque tâche est
  caractérisée par une intention explicite, par une
  procédure et par un ensemble de paramètres dont
  les valeurs doivent être fixées.
• Les niveau de détail donné pour décrire le
  protocole est lié au niveau de connaissance de la
  personne devant exécuter le protocole
  expérimental.

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Recherche questions

• Quel est le rôle de la conception de protocole
  dans la démarche dinvestigation ?
• Que recouvre, en terme didactique, lactivité de
  conception de protocole expérimental pour les
  élèves et pour les enseignants ?
• Modéliser lactivité de lélève les types de
  résolution que lélève est susceptible dengager.

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Recherche objectifs

• Elaborer, mettre en œuvre et analyser des TP dans
  4 disciplines expérimentales, centrés sur la
  conception de protocoles par les élèves.
• Identifier les difficultés et prévoir des aides
  pour que élèves réalisent cette tâche.
• Concevoir, réaliser et évaluer un EIAH qui aident
  les élèves à préparer des TP par la conception de
  protocole et les enseignants à concevoir ces TP.

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COPEXACI Education et formation 2005 - 2007
LIG MeTAH INRP Eric Sanchez et 4 Enseignants
associés LSE Erica de Vries
Recherche collaborations

• CIEL
• - Equipe de recherche européenne (Kaleidoscope)
  2006 et 2007
• - Projet Européen (IP, avril 2007)
• Pays-Bas, Norvège, Italie, Allemagne, France

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Expériences (projet COPEX)

• Terminale
• TP Chimie  Indicateur coloré 
• TP Géologie  Appartenance à la lignée
  humaine 
• TP Biologie  Liaison antigène-anticorps 
• TP Physique  Identification dun dipôle
  inconnu 
• Licence 1
• TP Chimie  dosage du colorant E124 

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3. Un exemple de TP (SVT) critères
dappartenance à la lignée humaine 
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Un T.P. évalué au Bac

• Dans le cadre de lévaluation des capacités
  expérimentales au Baccalauréat
• Les critères dappartenance à la lignée humaine

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En quoi consiste le T.P. ?
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Consigne donnée

• Vous allez, au cours de cette séance
• élaborer un protocole de mesure dangle facial
  pour évaluer le prognathisme
• effectuer une mesure dangle facial.
• Cette mesure dangle facial est utilisée par les
  paléontologues pour identifier un crâne.

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Projection des points de références sur un
transparent à laide dun laser
Transparent
Point de référence
Crâne
Aquarium
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Déterminer les critères distinctifs
Détermination des points de mesure
Mesure d'angle au laser
Matérialiser le point sur un plan
Placer le crâne dans l'aquarium profil face au
transparent
Placer le laser perpendiculairement par rapport
au transparent
Viser un des points choisis
Fixer le transparent sur la paroi de l'aquarium
Identifier de points de mesure possibles
Choisir des couples de points à utiliser
Mesurer les angles au rapporteur
Décoller le transparent
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Eléments de la situations

• Variables didactiques présence de la mandibule,
  inclinaison du crâne dans laquarium, aide pour
  la mesure de la perpendicularité (carreaux sur la
  paillasse).
• Objets de connaissances
• Mathématiques angles, segment, projection.
• Biologiques au cours de lévolution langle
  facial régresse.
• Biologiques au cours de lévolution le volume
  crânien diminue.
• Retour du milieu
• Diversité de crânes (forme, présence ou non de
  mandibule).
• Plusieurs situations de communication
  rétroactions sur le choix des points et sur la
  rédaction du protocole.

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Analyse TP crâne

• Les élèves ont à leur charge des tâches de nature
  différentes 
• déterminer le nombre de points à sélectionner
  pour mesurer leur angle 
• choisir les points sur crâne (sans critère a
  priori) 
• placer le crâne en position vitale dans
  laquarium 
• vérifier pour chaque mesure de point la
  perpendicularité du crayon laser/potence et
  /vitre de laquarium 
• vérifier que laxe de symétrie longitudinal du
  crâne est // aux vitres de laquarium.

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Principales difficultés des élèves

• Pour réaliser le T.P.
• Choix des points difficultés à trouver des
  points qui indiquent un angle facial.
• Non connaissance de lanatomie du crâne et du nom
  des points.
• Notion dangle 1 point à la rencontre des deux
  segments et non linclinaison entre deux
  directions.
• Contrôle de la perpendicularité (positions du
  crâne et du laser par rapport à laquarium)
  gestion de la précision de la mesure.

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Des aides pour réaliser le T.P.

• Introduction déléments qui donnent des
  informations en retour de laction des élèves
• différentes formes de crânes,
• crânes avec et sans mandibules,
• situations de communication.
• Allégement du T.P. le contrôle de la
  perpendicularité est à la charge de lenseignant.
• Introduction dune fiche présentant lanatomie
  des crânes.

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Des aides pour rédiger le protocole

• Une formalisation variée du texte, des schémas
  à compléter, des schémas libres, des dessins, des
  tableaux,
• Le destinataire de lécrit est spécifié
• Lécrit est préstructuré

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4. COPEX un environnement informatique pour
lapprentissage humain (EIAH)
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Transfert vers lEIAH

• Des retours vers lélève spécifiques des contenus
  travaillés
• Simulations basées sur des modèles conceptuels ou
  opératoires
• Retours du  tuteur  intelligent 
• Des retours vers lélève non spécifiques des
  contenus travaillés
• Formalisation structurée dun protocole prise en
  charge par lEIAH
• Aménager des situations de travail collaboratifs

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Les développements en cours

• CoPEX-Chimie un EIAH en chimie, actuellement
  utilisé en L1 à lUJF
• CoPEX une maquette, un prototype fin 2007

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EIAH COPEX Maquette de l'interface élève
Question posée
Zone de Commentaires (protocole)
Protocole
Zone de construction de l'Arbre des tâches
Volet Matériel utilisé
Volet Matériel disponible
Zone de Rétroactions
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EIAH COPEX maquette de l'interface élève
Construction d'une action
option 2
Add trees to a sample
Area that contains the trees
option 1
Add trees to a sample
Tree(s) to add
Detailed action
a tree randomly selected all trees a tree
according to its number marked trees trees
according to a law
Comments
Parameters to be saved diameter x-pos
y-pos
OK
Cancel
To the sample
Comments
OK
Cancel
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vers des collaborations

• Pour la formation à distance aux capacités
  expérimentales